ساخت نوعی بافت مصنوعی با قابلیت خودترمیمی

پژوهشگران استرالیایی هیدروژلی را ساخته‌اند که ویژگی‌های بافت‌های طبیعی بدن را دارد.

بافت مصنوعی درحال نزدیک شدن به حالت طبیعی است. دانشمندان استرالیایی ماده‌ی ژله‌مانند جدیدی را ساخته‌اند که از خصوصیاتی مانند استحکام و ماندگاری که در بافت‌های طبیعی بدن مانند پوست، لیگامان‌ها (رباط‌ها) یا حتی استخوان‌ها وجود دارد، برخوردار است. لوک کونال از دانشگاه ملی استرالیا توضیح می‌دهد:

با شیمی خاصی که ما در هیدروژل به کار برده‌ایم، این ماده می‌تواند پس از شکسته شدن، همچون پوست انسان، خود را ترمیم کند. هیدروژل‌ها معمولا ضعیف هستند اما موادی که ما طراحی کرده‌ایم، آنقدر قوی هستند که بافت ساخته‌شده از آن به‌راحتی اجسام بسیار سنگین را بلند کرده و می‌تواند مانند عضله‌ی انسان تغییر شکل پیدا کند.

ماده‌ی انعطاف‌پذیری با چنین ویژگی‌های برجسته‌ای، می‌تواند برای توسعه‌ی رباتیک نرم و دستگاه‌های پزشکی آینده بسیار مهم باشد. ساخت هیدروژلی که قابلیت تغییر شکل داشته باشد و نیز دارای عملکردهای مختلفی باشد، حتی با الهام از موجودات طبیعی مانند عروس دریایی، خیار دریایی و ونوس مگس‌خوار چالشی مداوم برای دانشمندان بوده است.

در حالی‌که برخی هیدروژل‌ها می‌توانند دربرابر فشارهای مکانیکی مقاومت کنند، برخی دیگر دارای ویژگی‌های خودترمیمی هستند و تعداد معدودی نیز دارای توانایی به خاطر سپردن اشکال یا تغییرات رنگ هستند. به‌گفته‌ی پژوهشگران ANU، تاکنون کسی نتوانسته است که تمام این کارکردها را در یک ژل همه‌کاره بگنجاند؛ حداقل در سرعت و کارایی که آن‌ها به دست آورده‌اند.

پژوهشگران استرالیایی که مواد خود را تحت آزمایش‌های مختلفی قرار داده‌اند، ادعا می‌کنند که نخستین هیدروژل پویا را ایجاد کرده‌اند که دارای خصوصیات مقاومت، استحکام، قدرت و خودترمیمی است و نیز می‌تواند تغییر شکل پیدا کند و این تغییرات را به‌خاطر بسپارد. پژوهشگران در مقاله‌ی خود می‌نویسند:

مزیت‌های استفاده از چنین هیدروژل چندکاره‌ای با نمایش توانایی آن در بلند کردن اجسام سنگین به روش برگشت‌پذیر و قابل تکرار دربرابر محرک گرمایی، نشان داده شده است.

پژوهشگران با استفاده از این مواد، بدون هیچ‌گونه شکستگی، لایه‌های بسیار نازکی از بافت مصنوعی را ایجاد کردند. وقتی این لایه‌ها در معرض گرما یا سرما قرار می‌گرفتند، با خم شدن به اشکال مختلفی درمی‌آمدند. نویسندگان مقاله می‌گویند، برخلاف بسیاری از هیدروژل‌های دیگر که گاهی ده دقیقه یا بیشتر طول می‌کشد تا تغییر شکل پیدا کنند، ژل آن‌ها طی ده ثانیه تغییر شکل پیدا کرده و خم می‌شود.

گفته می‌شود که کلید این رفتار، پیوندهای پویای هیدروژنی و پیوندهای ایمین (کربن نیتروژن) است که با همکاری هم خصوصیات بی‌نظیری را پدید می‌آورند. پاسخ‌دهی این پیوندهای پویا در برابر محرک‌ها بسیار بالا است و این امر موجب می‌شود آن‌ها ازنظر سازگاری با محیط و خودترمیمی عالی باشند. پبوندهای ایمین دارای سینتیک واکنش سریعی هستند که خوددرمانی سریع را ممکن می‌سازند. علاوه‌بر‌این، نویسندگان می‌گویند آماده کردن این مواد بسیار ساده است و اگر پلیمرهای دیگری به ترکیب مولکولی افزوده شود، شاید عملکردهای دیگری نیز حاصل شود.

نویسندگان تصور می‌کنند که اگر از دما به‌عنوان نوعی کنترل استفاده شود، شاید این ژل روزی بتواند مانند یک ماهیچه‌ی مصنوعی حرکت داده شود. ژن جیانگ، مهندس مواد، می‌گوید:

در بسیاری از فیلم‌های علمی‌تخیلی می‌بینیم که چالش‌برانگیزترین کارها به‌وسیله‌ی ربات‌های انسان‌نما انجام می‌شود. پژوهش ما گامی مهم به‌سوی امکان‌پذیر کردن این امر است. ما پیش‌بینی می‌کنیم که پژوهشگرانی که روی نسل بعدی ربات‌های نرم کار می‌کنند، به روش جدید ما برای ساخت هیدروژل‌ها علاقمند و درمورد آن هیجان‌زده باشند.

در همین حین، این گروه پژوهشی امیدوار است که هیدروژل خود را به جوهری با قابلیت چاپ سه‌بعدی تبدیل کند.

این پژوهش در مجله‌ی Advanced Materials منتشر شده است.